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USB 2.0 高速 低速协商过程

设备先上拉 D+,触发主机识别
USB 全速和高速设备的硬件设计中,D + 引脚都会接 1.5K 上拉电阻。当设备接入 USB 总线后,Hub 的 D+/D - 引脚原本因 15K 下拉电阻处于低电平,设备 D + 的上拉电阻会使 Hub 对应引脚电平升高。Hub 检测到这个电平变化后,会向主机上报有设备接入,主机由此初步判断接入的是全速或高速候选设备(低速设备上拉的是 D-,可直接区分)。

阶段 1:复位信号触发,设备先进入全速模式(必选)

主机得知有设备接入后,会通过 Hub 发送复位信号 —— 即驱动 D + 和 D - 同时变为低电平(SE0 状态)。此时无论设备是否支持高速,都会先进入全速模式待命:一方面是因为 USB 2.0 协议规定高速设备必须兼容全速模式,另一方面这也是后续高速协商的基础状态。

此时 UDC 控制器的硬件状态寄存器会先被置为 “全速(Full-Speed)”,驱动读取该寄存器后,立即打印 Full speed device—— 这是硬件的 “初始状态上报”,而非最终状态。

阶段 2:复位未结束,执行高速 Chirp 握手(可选)

这是区分设备最终工作在全速还是高速的核心步骤,全程在复位的 SE0 状态下进行,而非复位后额外发起:

  1. 设备发送高速能力信号:若设备支持高速,在检测到 SE0 状态持续 2.5us - 3ms 内,会通过向 D - 线灌 17.78mA 电流发送Chirp K 信号,以此告知 Hub 自己具备高速能力;若仅为全速设备,则不会发送该信号。
  2. Hub 响应握手信号:如果 Hub 是 USB 2.0 高速 Hub,检测到 Chirp K 信号后,会回复一连串交替的Chirp KJ 序列(至少 3 对 KJ),表明 Hub 也支持高速;若 Hub 不支持高速(如 USB1.x Hub),则会忽略 Chirp K 信号,不做回应。
  3. 设备切换模式或维持全速:设备发送 Chirp K 后会等待 Hub 回应,若检测到 3 对及以上 KJ 序列,会断开 D + 的 1.5K 上拉电阻,启用高速 45Ω 终端电阻,切换到高速模式;若未收到回应,则保持全速模式不变。随后 Hub 结束复位信号。
信号类型D + 状态D - 状态总线电平特征
Chirp K 低电平(0) 高电平(1) Hub 端检测到约 800mV 电压(由设备向 D - 灌 17.78mA 电流,经 Hub 端 45Ω 等效电阻分压形成)
Chirp J 高电平(1) 低电平(0) 信号逻辑与 Chirp K 完全相反,是 Hub 应答时交替输出的核心状态

device 日志打印

soc:msb250x-udc ... <USB>[LINK] Bus reset  // 第一次
soc:msb250x-udc ... <USB>[LINK] Full speed device
...
soc:msb250x-udc ... <USB>[LINK] Bus reset  // 第二次
soc:msb250x-udc ... <USB>[LINK] High speed device
时间节点硬件状态驱动动作日志输出
T0 主机发送 SE0 复位信号(D+/D - 下拉) 检测到复位中断,启动复位处理 <USB>[LINK] Bus reset(第一次)
T1(T0+2ms) 设备进入全速模式(默认) 读取速度寄存器(全速),上报状态 <USB>[LINK] Full speed device
T2(T0+3~10ms) 设备发送 Chirp K,Hub 回复 3 对 KJ 序列 后台检测高速握手,切换高速模式 无日志(异步处理)
T3(T0+10ms) 复位信号结束(SE0 解除) 识别 “复位完成”,再次标注复位事件 <USB>[LINK] Bus reset(第二次)
T4(T3+0.5ms) 设备已切换到高速模式 读取速度寄存器(高速),上报状态 <USB>[LINK] High speed device

复位过程波形抓取(黄色D+,蓝色D-)

51fd8c4f9a39579e648e49c7ee5570f4

 

http://www.jsqmd.com/news/53986/

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